전기자동차 충전장치 시설기준

왜 배우는가: 전기자동차 보급이 늘면서 충전장치는 전기설비 안전과 전력계통 운영에 직접 영향을 주는 설비가 되었다. 충전 방식과 출력에 따라 시설기준이 달라지므로 시험에서 용어형과 논술형으로 반복해 출제된다.

출제 이력: 제128회 1교시 13번, 제95회 1교시 2번

1. 한 줄 정의와 핵심 키워드

답안 첫 줄에 쓸 정의는 다음과 같다.

전기자동차 충전장치는 전원설비에서 받은 전력을 구동축전지에 안전하게 공급하는 설비다.

핵심 키워드는 다음과 같다.

• 충전장치: 전원을 받아 구동축전지로 전력을 보내는 설비 전체
• 급속충전시설: 충전기 최대 출력이 큰 충전 방식
• 완속충전시설: 충전기 최대 출력이 작은 충전 방식
• 충전 연결부: 충전기와 전기자동차를 잇는 커넥터 규격
• 다채널 충전시설: 둘 이상의 전기자동차를 동시에 충전하는 설비
• 전원공급설비: 충전장치에 전기를 공급하는 배선·분전·차단 설비
• 누전 보호: 충전 회로의 누설전류에 대한 감전 방지 장치

2. 개념 풀이

쉬운 말로 풀면 충전장치는 전기차용 대형 콘센트와 그 제어장치를 합친 설비다. 전기차는 가정용 기기보다 큰 축전지를 가지므로 충전 전력이 크고, 그만큼 연결부와 보호 기능이 중요하다.

정식 정의는 다음과 같다. 충전장치는 구동축전지에 전력을 공급하기 위해 충전기, 충전 케이블, 충전 연결부, 제어·보호장치로 구성된 설비를 말한다. 기준에서는 충전기의 최대 출력값으로 방식을 나눈다. 최대 출력값이 40킬로와트 이상이면 급속충전시설, 40킬로와트 미만이면 완속충전시설로 구분한다. 이 기준은 환경친화적 자동차의 요건 등에 관한 규정 제7조에 있다.

연결부 규격도 기준에 포함된다. 급속충전 연결부는 한국산업표준의 콤보1 또는 콤보2 방식을 따른다. 완속충전 연결부는 유형1 방식을 따르는 것이 기준에 해당한다. 전원 측면에서는 충전장치가 전원공급설비와 분리되어 보호장치를 거쳐 연결되는 구조를 취한다. 동시에 여러 대를 충전하는 설비는 다채널 충전시설로 보고, 설치 수량 산정 기준을 별도로 적용한다.

3. 등장 배경과 필요성

전기자동차는 내연기관 자동차를 대체하는 교통수단으로 보급이 확대되고 있다. 충전 수요가 늘면서 주택, 공동주택, 주차장, 공공시설 등 다양한 장소에 충전장치가 설치되고 있다. 설치 장소가 늘어나면 그만큼 감전, 화재, 과부하 위험도 커진다.

초기 충전장치는 일반 콘센트를 이용하는 방식이 많았다. 그러나 전기자동차의 축전지 용량이 커지면서 연속 대전류 부하가 발생했다. 이에 따라 충전 전용 기준과 연결부 규격이 정비되었다. 전기설비기술기준에는 전기자동차 충전시설에 관한 조항이 있으며, 이를 전기설비 기준 체계에 맞춰 적용해야 한다.

전기설비 기준은 2021년 1월 1일부터 한국전기설비규정(KEC)으로 바뀌었다. 옛 전기설비기술기준의 판단기준은 대체되었다. 따라서 충전장치 설계와 점검에서는 현행 KEC 체계와 충전 전용 고시 기준을 함께 확인해야 한다. 충전장치 기준은 전력계통 보호, 충전 안전, 설비 용량 산정을 함께 다룬다는 점에서 중요하다.

충전장치는 전기 사용자가 직접 접하는 설비다. 따라서 안전 기준이 명확해야 설치 사업자와 이용자가 같은 기준으로 판단할 수 있다.

4. 구성요소·원리·절차

전기자동차 충전장치는 전원공급설비, 충전기(충전장치), 연결부(커넥터·케이블), 보호장치로 구성된다. 전원공급설비는 계통에서 전용 회로를 받아 충전기에 전력을 공급한다. 충전기는 차량과 신호를 주고받으며 충전 개시와 중지를 제어한다. 보호장치는 과전류와 지락 사고로부터 설비와 사람을 지킨다.

표의 구성 요소는 전원에서 차량까지 한 방향으로 이어진다. 각 요소는 앞 단계의 용량과 보호 협조를 전제로 선정한다. 그래서 충전기 출력이 정해지면 회로 용량, 차단기, 케이블이 차례로 결정된다.

충전장치의 원리는 다음과 같다. 충전기는 차량이 연결됐는지 신호로 확인한 뒤 충전을 허용한다. 충전기는 교류 전력을 받아 차량 구동축전지 충전에 맞게 변환하거나, 차량 내장 충전기에 교류를 전달한다. 충전 전류는 충전기 최대 출력과 공급 전압으로 산정한다.

$I = \frac{P}{\sqrt{3}\,V\cos\theta}$

여기서 I는 선전류(A), P는 충전기 최대 출력(W), V는 선간 전압(V), \cos\theta는 역률이다. 단상 충전기는 \sqrt{3} 항 없이 I = P/(V\cos\theta)로 계산한다.

충전장치 시설 절차는 다음 순서로 진행한다.

• 충전기 최대 출력과 동시 충전 채널 수를 정해 부하를 산정한다.
• 부하 전류로 전용 회로의 케이블과 차단기 용량을 선정한다.
• 충전 회로마다 누전차단기를 설치하고 접지 공사를 한다.
• 충전기는 옥외 설치 시 방수·방진 구조로 하고, 직사광선과 침수를 피하는 위치에 설치한다.
• 커넥터 규격을 확인한 뒤 절연저항과 접지저항을 측정하고 충전 동작 시험을 한다.

충전장치 시설의 핵심은 전용 회로, 누전차단기, 규격 연결부 세 가지다.

5. 관련 법령·기준·표준

전기자동차 충전시설의 기본 근거는 「전기설비기술기준」 제53조의2(전기자동차 충전시설)다. 충전시설의 세부 기준은 「환경친화적 자동차의 요건 등에 관한 규정」 제7조가 정한다. 설계와 시공의 세부 방법은 한국전기설비규정(KEC)을 따른다. KEC는 2021-01-01부터 시행됐고, 옛 전기설비기술기준의 판단기준을 대체했다.

위 표의 출력 구분은 충전시설 종류를 가르는 기준이다. 연결부 규격은 차량과 충전기의 호환을 보장한다. 다채널 충전시설은 동시 충전 채널 수에 해당하는 충전시설을 설치한 것으로 본다. 다만 수량은 표의 나눗셈 값을 넘을 수 없다.

누전차단기 값은 감전 보호를 위한 일반 설계 기준이다. 충전 회로는 지락 시 빠르게 차단되도록 누전차단기를 회로별로 둔다. 외함 접지와 누전차단기는 함께 작동해 감전 위험을 줄인다.

6. 유형과 비교

전기자동차 충전장치는 충전 속도와 설치 형태에 따라 급속충전시설과 완속충전시설로 나뉜다. 두 유형은 최대 출력 기준과 연결부 규격이 다르므로 설치 시 구분해야 한다.